JP6609621B2 - カミソリ刃コーティング - Google Patents

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Description

本発明は、カミソリ刃に関する。
特に、本発明は、カミソリ刃エッジを有するカミソリ刃に関する。
従来技術から、カミソリ刃は提供されてきた。カミソリカートリッジにおいて適切に配され、それらは、毛を切る究極の機能を提供する。
過去において、カミソリ刃は、基板と、刃エッジで基板を覆う強化コーティングとによって提供されてきた。強化コーティングは一般的に、金属及び／又は炭素含有材料であり、強化された強度をカミソリ刃エッジへ提供し、それは、その期待寿命を延ばす。
ときどき、強化コーティングは、ＰＴＦＥコーティング等の潤滑コーティングによってさらに被覆される。
カミソリ刃エッジ上により良いコーティングを提供することは挑戦的である。第一に、カミソリ刃基板エッジが非常に特有の形状を有するので、切断特性を強化すること及びカミソリ刃エッジを強化することによって適切なコーティングとして作用するであろう、それの上にコーティングを堆積することは、非常に困難である。
第二に、カミソリ刃は量産品であるので、コーティングは、製品から製品へ非常に均一な方法で、且つ高いスループット（１日当たり数百万の部品）で、適用される必要があり、非常に信頼性の高いプロセスと互換性のあるコーティングを必要とする。
第三に、たとえそれがカミソリ刃上に新しいコーティングを堆積することが可能であったとしても、従来技術製品に対する改善を測定することもまた非常に困難である。これは、試験パネルによるシェービングの知覚される品質が、非常に主観的であり得るからである。
それゆえ、新しいカミソリ刃コーティングの発展は、長年にわたるＲ＆Ｄ作業がかかる。
それでもなお、より良いカミソリ刃コーティングを提供することによってカミソリ刃を改善することをいまだに改善したい人がいる。
特許文献１は、クロム及び炭素を含むカミソリ刃コーティングを記載する。
他の従来技術文献は、カミソリ刃コーティングに適すると言われる材料の終わりの無いリストを与える。このような文献の例は、例えば特許文献２である。材料の、提供された長いリストを考慮すると、それらの全てが、カミソリ刃コーティング成分として実際に試みられた可能性は低く、また、それらのいくつかは、カミソリ刃コーティング成分として適切ではない可能性もある。
新しいカミソリ刃コーティングを発展させるとき、一つの目的は、コーティング材料の硬度を増加させることである。クロム及び炭素の混合物よりも硬い多くの材料が存在する。クロム及び炭素の混合物よりも硬い材料を探すとき、一つの可能性のある候補は、二ホウ化チタンである。
カミソリ刃以外の被覆された切断工具が存在することが言及されるべきである。これらの切削工具は、それら自身の問題、及びこれらの問題に向き合うように設計された構造を有する。例えば、特許文献３は、回転工具の刃の両側上に異なるアーキテクチャを備える多層コーティングから成る安定な切断エッジを得ることを目的とする。コーティング自身に関して、それは、上部セグメントにおける内部応力を収容し且つ全体のコーティングシステムの最も高い靱性を確保する、底部多層ボンドコーティングサーメットセグメントを覆う特定の上部耐摩耗性低摩擦耐磨滅セグメントを含む。これは、特定の切断用途を考慮した特定のコーティングであり、“カミソリ刃”は、外科用又は歯科用器具として言及される。
シェーバーカミソリ刃に戻ると、予想外なことに、カミソリ刃エッジ上にチタン及びホウ素含有コーティングを堆積することを考慮した実験の間に、発明者は、カミソリ刃コーティングに関する優れた特性を有するコーティングに遭遇した。
国際公開第２００６／０２７，０１６号 欧州特許出願公開１２８７９５３号明細書 国際公開第２００７／１３６，７７７号
本発明は、刃エッジ部を含むカミソリ刃に関連し、カミソリ刃は、
−カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
−少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積された強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングがプロファイル形状を有し且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
を含み、
強化コーティングが、チタンリッチ領域及びホウ素リッチ領域の内の少なくとも一つを含むチタン及びホウ素の混合物で作製された強化ナノ結晶層を含み、
“リッチ”は、化学量論的にＴｉＢ２組成物への参照によって用いられる。
上記カミソリ刃は、それがカミソリ刃コーティングに関する他の要件：（合理的なコストで）高い工業生産スループットで確実に均一な特徴、を満たすことを可能にする、顕著に強化された硬度、及び生産可能性を有する。
“チタンリッチ”領域は、二ホウ化チタンにおいてチタンの比率がより高い領域を参照する。
“ホウ素リッチ”領域は、二ホウ化チタンにおいてホウ素の比率がより高い領域を参照する。
いくつかの実施形態では、以下の特徴の内の一以上を用いることもある：
−強化層におけるホウ素及びチタン原子の平均比率は、１．３：１と２．３：１との間である；
−強化層におけるホウ素及びチタン原子の平均比率が、２．０１：１と２．３：１との間である、カミソリ刃；
−強化層におけるホウ素及びチタン原子の平均比率が、１．３：１と１．９９：１との間である；
−ナノ結晶層が、二ホウ化チタン領域を含む；
−二ホウ化チタンの領域が非円柱である、カミソリ刃；
−強化ナノ結晶層がナノ結晶配置を含み、ナノ結晶の原子が六方格子構造において配される、カミソリ刃；
−２と１５ナノメートル（ｎｍ）との間の特性寸法を有する特徴のない微結晶を強化層が含む、カミソリ刃；
−平坦な証拠サンプル上の堆積へ適用されるとき、３．９グラム／立法センチメートル（ｇ／ｃｍ３）より上である密度を備えるコーティングを提供する条件下で強化層が堆積される、カミソリ刃；
−コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、１．８と２．５マイクロメートルとの間、好ましくは１．９と２．４マイクロメートルとの間である、カミソリ刃；
−コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、５．１と７．３マイクロメートルとの間、好ましくは５．４と７．１マイクロメートルとの間である、カミソリ刃；
−カミソリ刃基板がステンレス鋼で作製される、カミソリ刃；
−強化コーティングが、カミソリ刃基板と強化層との間の中間層を含む、カミソリ刃；
−中間層がチタンを含む、カミソリ刃；
−中間層がチタンで作製される、カミソリ刃；
−強化コーティングが、強化層の上の金属含有オーバーコート層を含む、カミソリ刃；
−オーバーコート層がクロムを含む、カミソリ刃；
−強化層が、強化コーティングの唯一の層である、カミソリ刃；
−基板側面に対して垂直に測定された強化層の厚さが、２０と４００ナノメートル（ｎｍ）との間、例えば、２０と１５０ｎｍとの間、又は４０と２５０ｎｍとの間である、カミソリ刃；
−強化コーティングの上のポリマーコーティングをさらに含む、カミソリ刃；
−強化層が、チタン及びホウ素原子の異なる比率を有する領域を無秩序に含み、
少なくとも一つの領域において、ホウ素及びチタンの比率が、ｙ：１とｚ：１との間に含まれ、ｙ及びｚが、１．３と１．９９との間に含まれ、ｙがｚより小さく、及び／又は、少なくとも一つの領域において、ホウ素及びチタンの比率が、ｕ：１とｖ：１との間に含まれ、ｕ及びｖが、２．０１と２．３との間に含まれ、ｕがｖより小さい、カミソリ刃。
他の一つの態様によると、本発明は、カートリッジ及びカミソリ刃を含むカミソリのヘッドに関連し、上記カミソリ刃は、上記カートリッジにおいて搭載される。
他の一つの態様によると、本発明は、ハンドル及びカミソリのヘッドを含む刃に関連し、カミソリのヘッドが、ハンドルに取り付けられている。
いくつかの特定の実施形態では、コーティングは、純粋な二ホウ化チタンコーティングではない。それは、チタン及びホウ素を含む。一以上の領域は、ホウ素リッチ領域であり、及び／又は、一以上の領域は、チタンリッチ領域である。さらに、層内のチタン濃度の分散は、特性の損失につながるであろう、上のしきい値又は下のしきい値を超えないように制御され得る。
他の一つの態様によると、カミソリ刃は、
−カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部がプロファイル形状を有し且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
−少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積された強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングがプロファイル形状を有し且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
を含み、
強化コーティングが、チタン及びホウ素の混合物を含み、
平坦な証拠サンプルの上の堆積へ適用されるとき、その密度が３．９グラム／立法センチメートル（ｇ／ｃｍ３）より大きいコーティングを提供する条件下で、強化層が堆積される。
他の一つの態様によると、カミソリ刃は、
−カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積された強化コーティングであって、強化コーティングが、基板端を覆い、強化コーティングが、プロファイル形状を有し且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
を含み、
強化コーティングが、チタン及びホウ素の混合物を含み、
コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、１．８と２．５マイクロメートルとの間、好ましくは１．９と２．４マイクロメートルとの間である。
他の一つの態様によると、コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、５．１と７．３マイクロメートルとの間、好ましくは、５．４と７．１マイクロメートルとの間である。
他の一つの態様によると、カミソリ刃は、
−カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
−少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積される強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングが、プロファイル形状を有し且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
を含み、
強化コーティングが、チタン及びホウ素の混合物を含み、
コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、５．１と７．３マイクロメートルとの間、好ましくは５．４と７．１マイクロメートルとの間である。
他の一つの態様によると、コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さは、１．８と２．５マイクロメートルとの間、好ましくは１．９２．４マイクロメートルとの間である。
本発明の他の特徴及び優位点は、非限定的例として提供される、その実施形態の内の、及び、添付図面の内のいくつかの以下の説明から容易に分かるであろう。
異なる図面では、同じ参照指標は、同様の又は類似の要素を示す。
断面図における刃エッジプロファイルの概略図である。 被覆されたサンプルの暗視野透過型電子顕微鏡図である。 基板上に様々な条件下で堆積されたＴｉ及びＴｉＢｘのＸ線回折スペクトルを示す。 断面図における被覆された刃エッジプロファイルの概略図である。 断面図における被覆された刃エッジプロファイルの概略図である。 断面図における被覆された刃エッジプロファイルの概略図である。 シェーバーの概略図である。 形状測定を示すカミソリ刃の断面図である。 刃の製造に関して有用な堆積装置の概略的上面図である。 図９の装置の概略的側面図である。
ここで、本発明は、添付の図面を参照して詳細に説明される。一般的に、カミソリ刃は刃基板を含み、刃本体及び刃エッジをさらに含む。図１は、刃端１０ｃにおいて出合う、先細側面１０ａ、１０ｂを含むカミソリ刃エッジ基板１０を示す。刃エッジ基板１０の形状は、角度がある若しくはアーチ状の、又はこれら２つの組み合わせであり得る。しかしながら、刃エッジ基板１０の特殊な形状及び材料は通常、シェービング目的のための十分な硬度を提供せず、コーティング層は、刃エッジ基板上で実装されて、刃エッジの硬度を改善し、それによってシェービングの品質を強化する。コーティング層は、刃エッジの摩耗を低減し、全体の切断特性を改善し、カミソリ刃の有用性を伸ばすことを可能にする。
図１では、刃エッジ基板１０は、強化コーティング層１６及び潤滑層１７によって被覆される。潤滑層は、フルオロポリマーを含み得、シェービングの間の摩擦を減少させるためにカミソリ刃の分野において一般的に用いられる。強化コーティング層１６は、その機械的特性のために用いられる。強化コーティング層１６は、チタン及びホウ素を含む。より正確には、強化コーティング層１６は、低い含有量の不純物と共にチタン及びホウ素で作製される。不純分の含有量は、経済的に実行可能に可能なほど低く維持される。強化コーティング層１６は、層内でチタン及びホウ素の様々な比率によって準備され得る。これは、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、及び／又は、チタン及び／又はホウ素を含む他の成分の混合物が存在し得ることを意味する。コーティング層１６は、Ｔｉリッチ及び／又はＢリッチ領域を含む。“リッチ”は、ＴｉＢ２と比較してＴｉ及びＢの通常の化学量論的なそれぞれの濃度に関連して用いられる。層１６を構成する材料は、ＴｉＢｘとして示され得る。例えば、コーティング層１６は、これらの元素の濃度の局所的な変化を有し、原子比率Ｂ：Ｔｉが２より大きく２．３まで（ｘが２．０１と２．３との間に含まれる）である、Ｂリッチ領域、及び、比率Ｂ：Ｔｉが２未満で１．３まで（ｘが１．３と１．９９との間に含まれる）である、Ｔｉリッチ領域を有する。局所的変化は、層においてランダムに配され得る。チタン、ホウ素及び二ホウ化チタンのこれらの比率は、刃エッジ基板１０の全体のコーティングに関する追加の改善を提供し得る。そのため、本出願では、ＴｉＢｘを参照するとき、それは、上述のようなコーティングを参照する。
図２を参照すると、コーティング層構成が示され、基板Ｓは、ＴｉＢｘで作製される強化層１６によって覆われるチタンで作製される中間層１５によって覆われる。この層構成は、カミソリ刃エッジ上のコーティング層構成に対応する。
被覆された刃の製造は、Ｔｉ及びＴｉＢ２ターゲットからのスパッタ堆積によって作製され得る。図９及び１０から分かるように、刃基板Ｓは、Ｔｉターゲット２３及び２つのＴｉＢ２ターゲット２４ａ、２４ｂを含む、堆積チャンバ２２における差込口（ｂａｙｏｎｅｔｓ）２１上に装てんされる。いくつかの実施形態では、堆積チャンバはまた、Ｃｒターゲット２５を含み得る。例えば、４つのターゲットは、（上から見て）正方形の４つの角として提供される。例えば、２つのＴｉＢ２ターゲットは、互いに対向している。堆積の前に、スパッタエッチングステップが実行され得る。堆積チャンバ２２は、真空手段２６を用いて１０−５Ｔｏｒｒのベース圧力まで排気される。その後、Ａｒガスが、８ｍＴｏｒｒ（８×１０−３Ｔｏｒｒ）の圧力までチャンバ２２内へＡｒガス源２７から挿入される。モーター２９を用いて６ｒｐｍの一定速度で共通の構造２８を通して一緒に接続された、装てんされた差込口を回転することによって、全てのターゲット、特にＴｉ及びＴｉＢ２ターゲットは、０．２ＡｍｐｓでＤＣ電流制御の下で動作される。２００〜６００ＶのＤＣ電圧が、４分の間ステンレス鋼刃の上に印加される。スパッタエッチングステップの間、不純物は、アルゴンイオンの衝撃を通して刃基板及びターゲットから除去される。
チタン中間層１５を堆積することに関して、スパッタエッチングステップの終わりの後で、チャンバ圧力は、３ｍＴｏｒｒへ調整される。Ｔｉ及びＴｉＢ２ターゲットは、それぞれ３及び０．２ＡｍｐｓでＤＣ電流制御下で動作され、一方で、０〜１００ＶのＤＣ電圧は、回転刃の上に印加される。ＴｉＢ２ターゲット上の電流（及び存在する場合Ｃｒターゲット上の同様のもの）は、これらのターゲット上に元素が堆積することを防止するために用いられる。堆積時間を調整して、１０〜１００ｎｍの、例えば１０〜５０ｎｍのＴｉ層は、刃サンプルのエッジ上に堆積される。
ＴｉＢｘ強化層１６を堆積することに関して、Ｔｉ中間層１５の堆積の後で、Ｃｒ、Ｔｉ及びＴｉＢ２ターゲットは、Ｔｉターゲット上で調整される、０．２Ａｍｐｓへ設定されるＣｒターゲット上の電流、及び、３Ａｍｐｓへ設定されるＴｉＢ２ターゲット上の電流と共に、同時に動作する。Ｃｒターゲット上の電流は、そのターゲット上に元素が堆積することを防止するために用いられる。さらに、Ｔｉ及びＴｉＢ２ターゲット上に印加される電流の比率は、コーティングの所望の組成の関数として調整される。０から６００ＶのＤＣバイアス電圧は、回転刃上に印加される。堆積時間を調整して、２０〜１５０ｎｍのＴｉＢｘ層は、Ｔｉ層の上に堆積される。代わりに、４０〜２５０ｎｍのＴｉＢｘ層は、Ｔｉ層の上に堆積される。一般的に、２０〜４００ｎｍのＴｉＢｘ層は、Ｔｉ層の上に堆積され得る。
以下の説明においてさらに詳細に説明されるように、金属含有オーバーコート層２０は、強化層１６の上に提供され得る。例えば、ＴｉＢｘ強化層１６の頂部上では、薄い１０〜５０ｎｍＣｒ層２０が堆積され得、この層構成は、図６上で示される。このステップに関して、被覆された刃は、他の一つのスパッタマシンへ移動され得る、又は、それは、図９及び１０上で示されるように、Ｃｒターゲットを含む、同じマシンにおいて実行され得る。Ｃｒターゲット上の電流は、３Ａｍｐｓで設定され、０〜４５０Ｖのバイアス電圧が、刃の上に印加される。それが同じスパッタマシンにおいて行われる場合、作動ターゲットからの汚染から非作動ターゲットを保護すること、及び、各ステップで非作動ターゲットの動作を防止すること、を提供し得る。
図２を参照すると、前述のコーティング層構成が示され、基板Ｓは、Ｔｉ中間層１５によって覆われる。さらに、Ｔｉ中間層１５は、ＴｉＢｘ強化層１６によって覆われる。さらに、層１５及び１６は、ナノ結晶配置を示す。ＴｉＢ層において、ナノ結晶の原子は、六方格子構造において配される。ナノ結晶配置を示す層はまた、ナノ結晶層と呼ばれる。ナノ結晶は、１００ナノメートル（ｎｍ）より小さい、少なくとも一つ、特にすべての３つの主な寸法を有する結晶構造として定義され得る。Ｔｉナノ結晶は、成長方向に沿って薄いカラムを形成する。カラムは、１０〜１２ｎｍまでの直径を有する。
Ｔｉ層１５は、ナノ結晶の原子が六方格子構造において配されるＴｉＢ２ナノ結晶領域を含むＴｉＢｘ強化層１６によって覆われる。ＴｉＢｘ構造は、図２上で分かるように、いかなる円柱構造を含まない。このような特徴のない構造は、カミソリ刃強化コーティングに関して興味深い特性を有する。
図２上に示される基板Ｓ上の層構造は、刃エッジ基板１０上の層構造に相当する。ＴｉＢｘ強化層１６の形成の間の成長条件及び印加バイアス電圧は、特にＴｉＢ２円柱構造と比較して、シェービングに関する好ましい機械的特性を備える硬い構造を提供する。好ましい成長条件及び基板上の印加バイアス電圧は、ナノ結晶の原子が六方格子構造において配されるＴｉＢ２ナノ結晶領域を含むＴｉＢｘ強化層１６を成長させることを可能にする。
図３では、Ｘ線回折スペクトル測定が、前述のＴｉ中間層１５及びＴｉＢｘ強化層１６によって覆われるサンプル（Ｔ１７９〜Ｔ１８５）に関して示され、ＴｉＢｘ層の堆積は、異なる堆積条件下で実施された。ピークＰ１は、ＴｉＢｘ層におけるＴｉＢ２（００１）配向を参照する。異なる堆積条件は、異なる（００１）ピークＰ１をもたらす。つまり、堆積条件は、ＴｉＢｘ層の六方晶系のナノ結晶配置の異なる構造をもたらす。図３上に示されるように、ピークは、強度及び広がりの観点において変化し得る。しかしながら、ピークの角度位置は、同じままである。上述のコーティングを達成するための、カミソリ刃エッジ基板１０上に印加されるバイアス電圧は、４０Ｖと５００Ｖとの間である。ＴｉＢｘナノ結晶強化層１６の密度は、カミソリ刃エッジ上で測定されないことがある。平坦なサンプル上に堆積された同じコーティングは、３．９ｇ／ｃｍ３と４．４ｇ／ｃｍ３との間である密度を有する。増加した密度は、層の、増加した強度に関連する。
Ｔｉ中間層１５及びＴｉＢｘ強化層１６の厚さの例として、４０ｎｍのＴｉ中間層１５及び６０ｎｍのＴｉＢｘ強化層１６が考慮され得る。しかしながら、厚さの他の寸法は、両方の層に関して考慮され得、Ｔｉ中間層１５及びＴｉＢｘ強化層１６の全体の厚さは、５００ｎｍを超えず、いくつかの場合では、１５０ｎｍを超えない。
カミソリ刃、より具体的にはカミソリ刃エッジ基板１０は、ＴｉＢｘで作製される強化層１６を含む強化コーティング１６によって覆われる。他の一つの実施形態では、強化コーティング１６は、強化層１６及びＴｉ中間層１５を含み得る。強化層１６は、チタン及びホウ素原子の異なる比率を有する領域を無秩序に含み、少なくとも一つの領域では、ホウ素及びチタンの比率は、ｙ：１とｚ：１との間に含まれ、ｙ及びｚは、１．３と１．９９との間に含まれ、ｙはｚより小さく、及び／又は、少なくとも一つの領域では、ホウ素及びチタンの比率は、ｕ：１とｖ：１との間に含まれ、ｕ及びｖは、２．０１と２．３との間に含まれ、ｕはｖより小さい。強化層１６におけるホウ素及びチタン原子の平均比率は、１．３：１と２．３：１との間である。全体のチタンリッチコーティングは、平均では、１．３と１．９との間に含まれるｘを有するであろう。カミソリ刃のカミソリのエッジは、上述のように、唯一の強化層１６を含む強化コーティングによって覆われ得る。このコーティング層構成は、図４上に示され、刃エッジ基板１０は、強化層１６によって覆われる。強化層１６は、ポリマーコーティング（ＰＴＦＥ）１７によって覆われる。カミソリ刃エッジを含むカミソリ刃基板は、ステンレス鋼で作製される。適切なステンレス鋼は、主に鉄を、及び、以下の重量において、
−０．６２〜０．７５％の炭素、
−１２．７〜１３．７％のクロム、
−０．４５〜０．７５％のマンガン、
−０．２０〜０．５０％のシリコン、
−微量に過ぎないモリブデン、
を含む。
他のステンレス鋼は、本発明内で用いられ得る。
刃エッジ基板１０のコーティング層構成はまた、カミソリ刃エッジ基板１０と強化層１６との間に中間層１５を含み得る。このコーティング層構成は、図５上に示され、刃エッジ基板１０は、強化層１６によって覆われる中間層１５によって覆われる。中間層１５は、チタンであり得る。チタン中間層１５は、強化層１６に悪影響を与えない、円柱ナノ結晶で作製され得る。強化層１６は、ポリマーコーティング（ＰＴＦＥ）１７によって覆われる。
基板側面に対して垂直に測定された、強化層１６の厚さは、２０と１５０ナノメートル（ｎｍ）との間である。代わりに、この厚さは、４０と２５０ナノメートル（ｎｍ）との間である。一般的に、この層は、２０と４００ｎｍとの間であり得る。
さらに、強化コーティングは、強化層１６の上の金属含有オーバーコート層２０を含み得る。例えば、金属含有オーバーコート層２０は、クロムの層である。このコーティング層構成は、図６上に示され、刃エッジ基板１０は、強化層１６によって覆われる中間層１５によって覆われる。強化層１６は、ポリマーコーティング（ＰＴＦＥ）１７によって覆われる金属含有オーバーコート層２０によって覆われる。金属含有オーバーコート層は、刃エッジコーティングの全体の高度をさらに改善し得る。及び／又は、それは、強化コーティング上の潤滑層１７の付着を補助するために用いられ得る。
この新しい刃コーティングは、従来の形状を備えるカミソリ刃と共に用いられ得る。しかしながら、それはまた、正しいシェービング性能をいまだに示しながら、新しい形状を備えるカミソリ刃基板を被覆するために用いられ得る。
コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された（図８を参照）、刃の厚さｔ５（基板及び強化コーティングを考慮し、ポリマーコーティングを除く）は、共焦点顕微鏡法を用いて測定されるとき、例えば、１．８マイクロメートルと２．５マイクロメートルとの間、好ましくは１．９と２．４マイクロメートルとの間であり得る。
コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された（図８を参照）、刃の厚さｔ２０（基板及び強化コーティングを考慮し、ポリマーコーティングを除く）は、例えば、５．１マイクロメートルと７．３マイクロメートルとの間、好ましくは５．４と７．１マイクロメートルとの間であり得る。
さらに、図７は、シェービング目的に関するシェーバー２００を形成するためのカミソリのハンドル２０１へ接続されるカミソリのヘッド１１０を形成するためのカミソリカートリッジ１０５内に搭載される２つの上述のカミソリ刃を示す。
上述の強化コーティングを備えるカミソリ刃もまた試験された。第１の試験は、平坦なサンプル上に堆積されたコーティング上で実施された硬度測定を含む。平坦なサンプル上の、上述のような、ＴｉＢｘコーティングの堆積は、ナノ結晶強化層１６の硬度が、同じ平坦なサンプル上に堆積された標準的な現在のコーティングに関して得られる硬度よりも非常に高い１５．８ＧＰａまで達することを明らかにした。したがって、カミソリ刃上のコーティングの、より大きい硬度が、予想され得る。
上述の被覆カミソリ刃はまた、標準的な生産刃と比較された。上記のように、チタン、ＴｉＢｘ、クロム及びＰＴＦＥ層によって被覆された刃は、クロム、ＣｒＣ及びＰＴＦＥ層によって被覆された標準的な生産刃と比較された。基板の材料及びプロファイル、全体の無機コーティング厚さ、並びにＰＴＦＥコーティングの厚さは、本発明による刃に関して、及び、標準的な生産刃に関して同じであった。特定の試験は、一連の１０カットに関する刃の上の負荷（ｌｏａｄ）を測定するためのロードセルを用いて、動くフェルトの上の刃の切断動作を繰り返すことを含む。試験は、標準的な製造からの刃の負荷（ｌｏａｄ）よりも少なくとも３９％小さい、最後（１０番目）のカットに関する負荷（ｌｏａｄ）範囲をもたらした。この結果（表１を参照）は、上述のＴｉＢｘ含有コーティングを備える刃が、切断動作の間により効果的な方法で、それらの切断能力、形状及び完全性を保つことを示す。
上述の試験の間に１０カット後の刃エッジ上に課せられた損傷はまた、光学顕微鏡によって評価された。刃エッジ端上の損傷は、紛失する材料の領域（つまり、壊れて、エッジから除去された材料）、及び強烈な変形の領域に関して定量化された。ＴｉＢｘ被覆刃は、標準的な製造からの刃と比較して、紛失及び／又は強烈に変形した材料領域の９０％の減少をもたらした。この結果（表１を参照）は、前述のＴｉＢｘコーティングを備える刃の、増加した耐久性を示す。増加した耐久性は、カミソリ刃製品において、より薄い刃エッジプロファイルを採用することを可能にし得、流動性及び全体の評価の観点において製品のシェービング性能において有益であろう。
上記で、Ｔｉ及びＴｉＢ２ターゲットの電流比率をそれらのターゲットの同時動作の間に調整することによって全体的にＴｉリッチのＴｉＢｘ層が堆積され得る実施形態が提示された。しかしながら、ターゲット上に印加される電流、刃のバイアス電圧、刃の変位速度、チャンバ内圧等の動作パラメータの適切な選択に基づいて上述のコーティングを得るための他の方法が存在すると思われる。特に、ＴｉＢ２ターゲットからのチタン及びホウ素の異なる堆積収率に起因して、ホウ素リッチ領域が得られ得る。強化層１６におけるホウ素及びチタン原子の平均比率は２．０１：１と２．３：１との間である。
オリジナルの請求項１の範疇から外側で、これらのパラメータは、ＴｉＢ２コーティングを堆積するために調整され得る。ＴｉＢ２コーティングは、上記で例示されたようなカミソリ刃コーティングとして特に適切なコーティングを作製するオリジナルの請求項１の組成を示さないが、カミソリ刃強化コーティングとしていくつかの恩恵を示すこともあり得るいくつかのＴｉＢ２コーティングが達成され得ることが考慮される。いくつかの予備試験は、上記で開示されるような特定のプロファイルを備えるカミソリ刃が、強化されたシェービング性能に関するチタン及びホウ素含有コーティングからの恩恵を受け得ることを示唆する。いくつかの予備試験はまた、上記で議論されたような高密度のチタン及びホウ素含有コーティングを備えるカミソリ刃が、増加したシェービング性能を提供し得ることを示唆する。
強化コーティングの層に関する厚さデータは、オージェ電子分光法深さプロファイリング（ＡＥＳＤＰ）によって得られ得る。測定は、（例えば、ポリマーコーティングを取り除いた後で、又は、ポリマーコーティングを適用する前に）カミソリ刃自身の上で実施され得る。
オージェ電子分光法深さプロファイリングは、オージェ電子を刃エッジの表面から放出させる、微細に収束された電子ビームによって刃エッジ表面を励起することによって達成される。これらの電子は、表面からおよそ５ｎｍ深さまでに位置する材料に関連する。それらは、エネルギー分析器及び電子検出器システムで構成される電子分光計の使用によって検出される。オージェ電子の測定されたエネルギーは、分析される材料の対応する元素と相互に関連付けられ得る。
選択された元素の、元素の深さプロファイルを記録するために、サンプル表面が除去される、例えば、Ａｒ＋イオンによる衝撃によってスパッタ除去される。この種のコーティング上のスパッタプロセスの除去速度（ナノメートル／分における）は、以前の校正測定から知られる。
プロファイリング実験は、オージェ電子分光法が、主な材料が基板材料（最も頻繁には、カミソリ刃の分野においてステンレス鋼）であることを決定するときに停止される。そのため、コーティングの全体の厚さを知ることで、各々の測定がどの深さで実施されたかを決定することが可能である。
調査スペクトル及び深さプロファイルに関する分析された領域は、刃の端に非常に近く位置し得る（エッジ端から５〜１０μｍ離れて）。そのサイズは、大きさ１０μｍのオーダーである（例えば１０μｍ×１０μｍの正方形パッチ）。
ＡＥＳ分析の前に、刃サンプルは、サンプルホルダー上に搭載され、オージェ電子分光器（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）の超高真空チャンバ内に導入される。オージェ調査スペクトルは、刃エッジ上の薄膜に位置する元素を探して、受け入れたままの表面上で、及び、プロファイリング強度に応じて特定のスパッタ時間（ｔｉｍｅｓ）の後で、測定される。
深さプロファイリングは、例えば３ｋｅＶのＡｒ＋イオンエネルギーを印加することによるスパッタリングによって実行され得る。正確な深さスケール定量化は、予め校正されたスパッタ速度を適用することによって可能である（つまり、時間の関数としての材料厚さ除去）。これらのスパッタ速度は、分析されたサンプルと同じコーティングによって参照標準上で決定される。これらのサンプルは、刃エッジ上の層と同一組成の、且つ同じ条件下で堆積された薄膜を平坦な基板上に堆積すること、及び、ＡＥＳ法を校正するために他の一つのプロファイリング法によってそれらの厚さを測定することによって用意された。
他のプロファイリング法は、例えば、被覆されるサンプル上にマスクを配し、堆積に続いて、マスクが配された場所のコーティング材料を除去して、残った被覆材料と、コーティング材料が除去された場所の基板との間のステップの高さを測定することであり得る。
代わりに、スパッタ速度に関する近似値は、認定された参照材料ＢＣＲ−２６１Ｔ（Ｔａ２Ｏ５（１００ｎｍ）／Ｔａシート）上に堆積されたコーティングへ適用される既知のスパッタ速度から決定され得る。
それゆえ、一態様によると、カミソリ刃強化コーティング組成を決定するための方法を適用し、
−コーティングの表面組成を測定し、
−所定のスパッタ除去速度でコーティングから材料を除去する、
ことを、下層又はカミソリ刃基板に到達するまで、繰り返し実行し、
コーティングに関するスパッタ除去速度校正データ、及び、他の一つの測定法からの全体の強化コーティング厚さを用いて、測定された表面組成をコーティング内の深さに帰属させる。
この決定法は、ＴｉＢｘコーティングに関して適用され得るが、他の強化コーティングへも同様に適用され得る。

Claims (27)

  1. 刃エッジ部を含むカミソリ刃であって
    カミソリ刃が、
    −カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し、且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
    −少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積される強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングが、プロファイル形状を有し、且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
    を含み、
    強化コーティングが、チタンリッチ領域及びホウ素リッチ領域の内の少なくとも一つを備える、チタン及びホウ素の混合物ＴｉＢ Ｘ で作製された強化ナノ結晶層を含み、“リッチ”とは、化学量論のＴｉＢ２組成への参照によって用いられ、前記ホウ素リッチ領域は、ｘが２．０１と２．３との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、前記チタンリッチ領域は、ｘが１．３と１．９９との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有する、カミソリ刃。
  2. ナノ結晶層が、二ホウ化チタン領域を含む、請求項１に記載のカミソリ刃。
  3. 二ホウ化チタンの領域が、非円柱である、請求項２に記載のカミソリ刃。
  4. 強化ナノ結晶層がナノ結晶配置を含み、ナノ結晶の原子が、六方格子構造において配される、請求項１から３の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  5. 強化層が、２と１５ナノメートル（ｎｍ）との間の特性寸法を有する、特徴のない微結晶を含む、請求項１から４の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  6. 平坦な証拠サンプルの上の堆積へ適用されるときに、３．９グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）より上の密度を有するコーティングを提供する条件下で、強化層が堆積される、請求項１から５の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  7. コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、１．８と２．５マイクロメートルとの間である、請求項１から６の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  8. コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、５．１と７．３マイクロメートルとの間である、請求項１から７の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  9. カミソリ刃基板が、ステンレス鋼で作製される、請求項１から８の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  10. 強化コーティングが、カミソリ刃基板と強化層との間に中間層を含む、請求項１から９の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  11. 中間層が、チタンを含む、請求項１０に記載のカミソリ刃。
  12. 中間層が、チタンで作製される、請求項１１に記載のカミソリ刃。
  13. 強化コーティングが、強化層の上に金属含有オーバーコート層を含む、請求項１から１２の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  14. オーバーコート層が、クロムを含む、請求項１３に記載のカミソリ刃。
  15. 強化層が、強化コーティングの唯一の層である、請求項１から９の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  16. 基板側面に対して垂直に測定された強化層の厚さが、２０と４００ナノメートル（ｎｍ）との間である、請求項１から１５の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  17. 基板側面に対して垂直に測定された強化層の厚さが、２０と１５０ナノメートル（ｎｍ）との間である、請求項１６に記載のカミソリ刃。
  18. 基板側面に対して垂直に測定された強化層の厚さが、４０と２５０ナノメートル（ｎｍ）との間である、請求項１６に記載のカミソリ刃。
  19. 強化コーティングの上にポリマーコーティングをさらに含む、請求項１から１８の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  20. 強化層が、チタン及びホウ素原子の異なる比率を有する領域を無秩序に含み、
    少なくとも一つの領域において、ホウ素及びチタンの比率が、ｙ：１とｚ：１との間に含まれ、ｙ及びｚが、１．３と１．９９との間に含まれ、ｙがｚより小さい、及び／又は、少なくとも一つの領域において、ホウ素及びチタンの比率が、ｕ：１とｖ：１との間に含まれ、ｕ及びｖが、２．０１と２．３との間に含まれ、ｕがｖより小さい、請求項１から１９の何れか一項に記載のカミソリ刃。
  21. 請求項１から２０の何れか一項に記載のカミソリ刃及びカートリッジを含むカミソリのヘッドであって、前記カミソリ刃が、前記カートリッジにおいて搭載される、カミソリのヘッド。
  22. 請求項２１に記載のカミソリのヘッド及びハンドルを含むカミソリであって、前記カミソリのヘッドが、前記ハンドルへ取り付けられている、カミソリ。
  23. 刃エッジ部を含むカミソリ刃であって、
    カミソリ刃が、
    −カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し、且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
    −少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積される強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングが、プロファイル形状を有し、且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
    を含み、
    強化コーティングが、チタンリッチ領域及びホウ素リッチ領域の内の少なくとも一つを備える、チタン及びホウ素の混合物ＴｉＢ Ｘ を含み、“リッチ”とは、化学量論のＴｉＢ ２ 組成への参照によって用いられ、前記ホウ素リッチ領域は、ｘが２．０１と２．３との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、前記チタンリッチ領域は、ｘが１．３と１．９９との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、
    平坦な証拠サンプルの上の堆積に適用されるときに、３．９グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）より上である密度をコーティングに提供する条件下で、強化層が堆積される、カミソリ刃。
  24. 刃エッジ部を含むカミソリ刃であって、
    カミソリ刃が、
    −カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し、且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
    −少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積される強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングが、プロファイル形状を有し、且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
    を含み、
    強化コーティングが、チタンリッチ領域及びホウ素リッチ領域の内の少なくとも一つを備える、チタン及びホウ素の混合物ＴｉＢ Ｘ を含み、“リッチ”とは、化学量論のＴｉＢ ２ 組成への参照によって用いられ、前記ホウ素リッチ領域は、ｘが２．０１と２．３との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、前記チタンリッチ領域は、ｘが１．３と１．９９との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、
    コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、１．８と２．５マイクロメートルとの間である、カミソリ刃。
  25. コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、５．１と７．３マイクロメートルとの間である、請求項２４に記載のカミソリ刃。
  26. 刃エッジ部を含むカミソリ刃であって、
    カミソリ刃が、
    −カミソリ刃の刃エッジ部において基板エッジ部を有するカミソリ刃基板であって、基板エッジ部が、プロファイル形状を有し、且つ基板端に向かって収束する２つの基板側面を備える先細形状を有する、カミソリ刃基板と、
    −少なくとも刃エッジ部でカミソリ刃基板の上に堆積される強化コーティングであって、強化コーティングが基板端を覆い、強化コーティングが、プロファイル形状を有し、且つコーティング端に向かって収束する２つのコーティング側面を備える先細形状を有する、強化コーティングと、
    を含み、
    強化コーティングが、チタンリッチ領域及びホウ素リッチ領域の内の少なくとも一つを備える、チタン及びホウ素の混合物ＴｉＢ Ｘ を含み、“リッチ”とは、化学量論のＴｉＢ ２ 組成への参照によって用いられ、前記ホウ素リッチ領域は、ｘが２．０１と２．３との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、前記チタンリッチ領域は、ｘが１．３と１．９９との間に含まれる原子比Ｂ：Ｔｉを有し、
    コーティング端から２０マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、５．１と７．３マイクロメートルとの間である、カミソリ刃。
  27. コーティング端から５マイクロメートルの距離で、刃エッジ部を二等分する線に直交する２つのコーティング側面の間で測定された、刃基板及び強化コーティングの組み合わされた厚さが、１．８と２．５マイクロメートルとの間である、請求項２６に記載のカミソリ刃。
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